一种基于地貌-侵蚀-措施高适配的覆沙砒砂岩粗泥沙控制的综合治理方法与流程

本发明涉及一种覆沙砒砂岩区生态治理方法，属于脆弱生态地区修复技术领域。

背景技术：

位于鄂尔多斯高原的砒砂岩区是黄河粗泥沙来源的核心区，虽然其面积仅占黄河流域的2％，但产生的粗泥沙占黄河下游淤积量的1/4；植被覆盖度只有15％～25％，脆弱生态使上万人致贫。砒砂岩是由砂岩、砂页岩和泥质砂岩所构成的岩石互层，成岩程度低，水力、风力、冻融侵蚀交错，加之人类活动干扰强烈，生态系统退化严重。尽管近年来砒砂岩区的研究和治理取得了一定进展，但其生态系统退化趋势仍未得到有效遏制。

根据地表覆盖物的不同和砒砂岩裸露程度，砒砂岩区可以划分为裸露砒砂岩区，覆土砒砂岩区和覆沙砒砂岩区，目前砒砂岩地区的综合治理并没有针对具体的砒砂岩裸露程度来进行针对性的治理措施，而由于裸露砒砂岩区，覆土砒砂岩区和覆沙砒砂岩区地表覆盖物的不同，如果不进行针对性的治理，很难获得良好的治理效果。

另外，根据对砒砂岩地区的治理情况调研情况发现，砒砂岩地区目前的水土流失治理措施主要是坡顶治理措施和沟道治理措施。坡顶治理措施一般主要有按照等高线挖掘鱼鳞坑种植油松、樟子松等树种，沟道治理措施一般是修建不同类型大小的淤地坝等措施。这两种措施在水土流失治理、生态保护方面起到了一定的作用，但是随着研究的深入这些措施的缺点和短板也逐渐显露出来。例如坡顶种植油松、樟子松等树种，虽然起到了一定的保持水土的作用，但是并不能创造更大的经济价值，不能为退耕还林草后没有经济收入来源的生态移民提供可持续的收入和生活保障；而作为沟道主要治理措施的淤地坝由于砒砂岩的渗漏特性不能直接采用砒砂岩筑坝，一般需要寻找外地的黄土远途运过来，大大增加了筑坝的购置黄土费用和运输费用，大大打击了当地政府和农民的修建淤地坝的积极性，以上这些都妨碍了当地水土流失治理的进程。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于地貌-侵蚀-措施高适配的覆沙砒砂岩粗泥沙控制的综合治理方法，针对覆沙砒砂岩区，以解决上述提到的现有技术中存在的问题。

一种基于地貌-侵蚀-措施高适配的覆沙砒砂岩粗泥沙控制的综合治理方法，包括坡顶综合治理，坡面综合治理以及沟道综合治理，所述坡顶综合治理利用植物将坡顶浮沙固定，并将坡顶雨水收集入集水窖；所述坡面综合治理根据不同的坡面角度，较陡的坡面喷施w-oh固结材料，较缓的坡面先种植植物后喷施w-oh固结材料；所述沟道综合治理包括在沟道内设立刚性坝以及柔性坝，刚性坝与柔性坝采用交叉的方式布设，在沟口处设立淤地坝。

所述坡顶综合治理具体包括以下步骤：

(1)在坡顶挖掘鱼鳞坑，鱼鳞坑之间的行距、间距是按照鱼鳞坑里栽种经济林果的类型，为了方便采摘而得出，鱼鳞坑的深度、长度、宽度是按照当地50年一遇的降雨量、生态承载力、汇流面积计算得出的；具体计算公式为v＝kpcs，

其中，v是鱼鳞坑的体积；单位为m³；

k为系数，根据地区不同由经验值确定的常数；

p为降雨量，单位为mm；

c为生态承载力，无单位；

s为汇流面积，单位为m²；

(2)在坡顶挖掘壤中流截流沟，截流沟宽度50cm，根据坡顶倾角的不同，0°-15°时，截流沟深度为2m；15°-45°时，截流沟深1m；截流沟的间距根据当地降雨条件设置，每条截流沟呈弧形设置，且每条截流沟均垂直于坡向设置，且每条截流沟在坡向方向上相互交错；在坡顶的两侧分别设置一条引流沟，引流沟深度与截流沟相同，每条截流沟只与其中一条引流沟相连；

(3)将沙打旺做成草方格形式，待第二年沙打旺根系生长可以固定浮沙并且能留存部分水分时，在草方格内铺植苔藓地衣等先锋植物，由于覆沙区水分流失严重，土壤中并不能留存水分，苔藓地衣可以防止降雨下渗，直接通过苔藓地衣将雨水通过地表收集；

(4)将通过苔藓地衣收集的雨水以及通过壤中流收集的雨水汇入截流沟中，并通过坡顶两侧的引流沟汇集到坡顶沟头处设置的集水窖中；

(5)在鱼鳞坑内种植经济林果；在截水沟里每隔2m种植3棵柠条，最后在每行经济林果的平整地面上可平行于经济林果栽植1-2年生的经济作物。

鱼鳞坑用截水沟连接，截水沟呈弧形分布，汇入引流沟中。

所述集水窖内设置水泵，集水窖设置为肚大口小，水泵通过太阳能供电，水泵将抽上来的水通过管道滴灌入每个鱼鳞坑中，用于干旱的时候坡顶经济林果供水。

所述坡面综合治理分为75°以上的坡面、35°～75°的坡面、35°以下的坡面治理，其中：

(1)75°以上坡面治理

1)对风化严重、局部突出松动或存在明显裂隙的岩体或岩层，进行人工清除作业；对风化严重、存在明显裂隙的不稳定倒坡，进行削坡，使其成为稳定边坡，坡面整理后使用u形钢筋固定柔性网；

2)对处理后的稳定坡面喷施w-oh固结材料，对坡面表层砒砂岩进行完全固化；

(2)35°～75°坡面治理

1)对风化严重、局部突出松动或存在明显裂隙的岩体或岩层，进行人工清除作业；对风化严重、存在明显裂隙的不稳定倒坡，进行削坡，使其成为稳定边坡；

2)在稳定坡面铺设包括微润管的高效利用坡顶集水窖的供水系统，恢复坡面植被；

3)沿等高线上下呈“品”字形排列开挖鱼鳞坑，坑长0.4m～0.5m，宽0.4m～0.5m，坑深0.3m～0.4m，鱼鳞坑内穴栽沙棘、榆树、沙棘种子、榆树种子，株距和行距控制在1m左右，树苗栽植在坑内距下沿0.2m～0.3m位置；

4)沿等高线在两行鱼鳞坑间开挖浅坑，浅坑内条播冰草、披碱草、野牛草抗旱抗寒及固土固沙效果明显的草籽；

5)喷施w-oh固结材料，对坡面表层砒砂岩进行完全固化；

(3)35°以下坡面治理

1)在坡面和砒砂岩泻溜堆积体表面沿等高线开挖的水平浅坑，浅坑行距1m左右，浅坑内种植沙棘(或其他适生灌木)混播冰草、披碱草等，沙棘株距1m，行距1m，种植初期应定期浇水养护；

2)在坡脚种植沙柳、榆树、杨树、柠条，形成不同类型的植被混交林；植被混交类型主要有：柠条混播沙柳、榆树，杨树混播沙棘；沙柳株距1.5m，行距3m；柠条株距1m，行距1m；榆树品字栽种，株距1.5m，行距1.5m；杨树株距3m，栽种1行，与坡面沙棘形成杨树混播沙棘混交林；

3)在坡面砒砂岩泻溜堆积体的表面喷施w-oh固结材料，对泻溜体表层砒砂岩进行固结；

4)对于坡脚由滑落的砒砂岩风化颗粒形成的堆积体应采取固结材料措施或锚固后再种植沙棘或草木樨。

75°以上坡面治理时w-oh固结材料的喷施浓度控制在6％～8％；每平方的喷洒量控制在2.5l左右；35°～75°坡面治理时w-oh固结材料的喷施浓度控制在4％～6％；每平方的喷洒量控制在2.5l左右；35°以下坡面治理时，w-oh固结材料的喷施浓度控制在2％～4％，每平方的喷洒量控制在2.5l左右。

所述刚性坝由砒砂岩改性材料制成，砒砂岩改性材料按照重量份计，包括7份砒砂岩，2份水玻璃以及1份水泥混合搅拌制成，根据沟道汇流面积以及百年一遇降雨，刚性坝高度2-3米，每隔20米设置一座，刚性坝截面为梯形，坡高比为1:1。

所述柔性坝为植物柔性坝，植物由红枣、草木樨、沙打旺、沙棘以及柠条混交组成，其中红枣行距间隔为1米，红枣中间种植柠条和沙棘，行距为0.5米，中间其他位置种植草木樨、沙打旺。

所述淤地坝采用砒砂岩改性材料制成，坝顶宽度不得小于2m，坝高10m以下时，坝顶宽度为2m～3m，坝高10m～20m时，坝顶宽度为3m～4m，有交通需要的坝顶宽度可以适当加宽。

所述刚性坝选址在沟道缓坡处。

本发明的优点在于：

1、坡顶治理通过苔藓地衣收集地表雨水，弧形截流沟用于收集渗入土壤中的壤中流，将苔藓地衣收集的地表雨水以及通过壤中流收集的渗入地下的雨水，汇集到坡顶沟头的集水窖中，根据坡顶覆沙的特点，采用地表收集结合壤中流收集的方式，不仅利用苔藓地衣等固定了坡顶浮沙，同时由于沙子存水率低的问题，通过壤中流的方式收集渗入地下的雨水，使得降水通过地表以及壤中流结合的方式收集，最大限度的收集雨水，解决了覆沙砒砂岩坡顶由于浮沙的存在，导致坡顶植物存活率低，坡顶雨水无法收集等问题。

2、在坡顶治理时，在鱼鳞坑内种植红枣等经济林果，在每行经济林果的平整地面上可平行于林果栽植1-2年生的甘草经济作物；在沟道治理时，柔性坝乔木采用红枣等经济林果，为当地居民增加经济收益，同时又有利于绿化。

3、相比于植物柔性坝采用单一植物，洪水容易冲毁，且单一植物争同种养分，容易造成扎堆死亡，病虫害导致大量死亡的问题，本发明中这样设置柔性坝的好处为：通过乔木，灌木以及草的混交，使得垂直分层空间内光照的充分的综合利用；同时由于不同的植物根系深度不同，可以充分利用土壤养分，同时有利于土壤的保持，有利于团聚体的形成；另外，本发明中的植物柔性坝固土效果好，防止不同深度的土壤被冲走，从而防止洪水掏蚀破坏柔性坝，能够应付不同级别的洪水，最大程度上对洪水进行消能。

附图说明

图1为本发明的砒砂岩整体结构示意图。

图2为本发明中坡顶雨水收集引流示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如无特别说明，本发明中出现的术语皆遵照行业通常理解；本发明中，所选用的试剂原料皆为普通市售产品；本发明中所述的w-oh固结材料(江苏杰成凯新材料科技有限公司生产，一种改性亲水性聚氨酯树脂)是一种亲水性聚氨酯树脂，遇水均匀乳化分散，1～20分钟快速固化，形成保水性好的弹性凝胶体，该凝胶体与砒砂岩颗粒有很好粘结性，可以将松散的砒砂岩颗粒连接成一个整体，提高风化砒砂岩的整体抗侵蚀性、保水、保温、保肥、保墒性，适合植物生长。

如图1-2所示，一种基于地貌-侵蚀-措施高适配的覆沙砒砂岩粗泥沙控制的综合治理方法，包括坡顶综合治理，坡面综合治理以及沟道综合治理。

一、覆沙砒砂岩区最大的特点是地表黄土覆盖薄且有浮沙覆盖，一般来讲，覆沙砒砂岩区主要指的是坡顶覆沙，针对坡顶覆沙的特点，覆沙砒砂岩区坡顶综合治理包括以下步骤：

1、在坡顶1用小型挖机挖掘0.75m宽、1.25m长、0.6m深的鱼鳞坑13，鱼鳞坑之间的行距为3m，间距为2.5m，鱼鳞坑的深度、长度、宽度是按照当地50年一遇的降雨量、生态承载力、汇流面积计算得出的，具体计算公式为v＝kpcs，其中，v是鱼鳞坑的体积；单位为m³；

k为系数，根据地区不同由经验值确定的常数；

p为降雨量，单位为mm；

c为生态承载力，无单位；

s为汇流面积，单位为m²；

行距、间距是按照鱼鳞坑里栽种经济林果的类型，为了方便采摘而得出的。

2、在坡顶挖掘壤中流截流沟14，截流沟14宽度50cm，根据坡顶倾角的不同，0°-15°时，截流沟14深度为2m；15°-45°时，截流沟深1m；截流沟的间距根据当地降雨条件设置，每条截流沟14呈弧形设置，且每条截流沟均垂直于坡向设置，且每条截流沟在坡向方向上相互交错，如图2所示，用于充分的收集壤中流；在坡顶的两侧分别设置一条引流沟12，引流沟12深度与截流沟14相同，每条截流沟14只与其中一条引流沟相连；截流沟沟壁采用网眼板护壁，避免截流沟因为雨水冲蚀而坍塌，其中网眼板的网眼大小不允许沙子通过，同时允许雨水通过，既能对截流沟沟壁进行防护，又能允许壤中流的雨水通过。

3、鱼鳞坑13用截水沟11连接，截水沟11呈弧形分布，汇入引流沟12中，用以更好的收集雨水，截水沟11深度为30cm，宽度为20-30cm

4、首先将沙打旺等优良沙生牧草做成草方格形式，用于固定浮沙，使其不随风力移动；此时截流沟的作用是用于收集覆沙区通过浮沙快速渗入地下的水分。

5、待第二年沙打旺根系生长可以固定浮沙并且能留存部分水分时，在草方格内铺植苔藓地衣等先锋植物，由于覆沙区水分流失严重，土壤中并不能留存水分，因此苔藓地衣可以防止降雨下渗，直接通过苔藓地衣将雨水通过地表收集；当苔藓地衣刚种植上并不能完全覆盖地表时，苔藓地衣并不能有效的收集水分，通过截流沟收集下渗的壤中流；还有虽然当苔藓地衣已经完全覆盖地表，也不能完全收集降水，通过截流沟收集壤中流，使得下渗的雨水可以高效的收集；

6、将通过苔藓地衣收集的雨水以及通过壤中流收集的雨水汇入截流沟14中，并通过坡顶两侧的引流沟12汇集到坡顶沟头处设置的集水窖4中；

7、在鱼鳞坑内种植红枣等经济林果，提高当地居民收入；在截水沟11里每隔2m种植3棵柠条种子，因为柠条的根系非常发达可以很好的防蚀固土，使沟缘线土壤不再下切后退；最后在每行经济林果的平整地面上可平行于林果栽植1-2年生的甘草等经济作物，增加当地农民收入；

8、集水窖4内设置水泵，集水窖设置为肚大口小，用于减少水分蒸发，水泵通过太阳能供电，水泵将抽上来的水通过管道滴灌入每个鱼鳞坑中，用于干旱的时候坡顶经济林果供水。

二、砒砂岩地区坡面示意图如图1所示，在空间结构上，应把砒砂岩区坡面2分为3个类型，即75°以上的坡面、35°～75°的坡面、35°以下的坡面，需根据坡面的不同角度开展针对性的治理措施，坡面综合治理包含以下步骤：

1、75°以上坡面治理

1)对风化严重、局部突出松动或存在明显裂隙的岩体或岩层，应进行人工清除作业；对风化严重、存在明显裂隙的不稳定倒坡，应进行削坡，使其成为稳定边坡，坡面整理后使用u形钢筋固定柔性网，对坡面进一步防护；

2)对处理后的稳定坡面喷施w-oh固结材料，对坡面表层砒砂岩进行完全固化。其中，w-oh固结材料的喷施浓度控制在6％～8％；每平方的喷洒量控制在2.5l左右，使固结材料渗透厚度为2cm～3cm，保证坡面表层砒砂岩的固结效果。

2、35°～75°坡面治理

1)对风化严重、局部突出松动或存在明显裂隙的岩体或岩层，应进行人工清除作业；对风化严重、存在明显裂隙的不稳定倒坡，应进行削坡，使其成为稳定边坡；

2)在稳定坡面铺设由微润管等高效利用坡顶集水窖的供水系统，用于植被灌溉。

(1)微润管每隔60cm铺设一根，深度大约8cm左右，铺设完后在其表面覆土。

(2)微润管与集水窖之间使用柔性管道连接，微润管之间、减压阀与微润管之间用快速接头相连接，形成并联回路。

(3)在微润管的供水主管上安装减压阀，每个减压阀控制3～4根微润管。

(4)调整减压阀，将微润管内的水压控制在2.5kpa左右。

3)沿等高线上下呈“品”字形排列开挖鱼鳞坑。

(1)坑长0.4m～0.5m，宽0.4m～0.5m，坑深0.3m～0.4m。

(2)鱼鳞坑内穴栽沙棘、榆树、沙棘种子、榆树种子等，株距和行距控制在1m左右。

(3)树苗栽植在坑内距下沿0.2m～0.3m位置。

4)沿等高线在两行鱼鳞坑间开挖浅坑，浅坑内条播冰草、披碱草、野牛草等抗旱抗寒及固土固沙效果明显的草籽；

5)微润管与鱼鳞坑之间间隔铺设；

6)喷施w-oh固结材料，对坡面表层砒砂岩进行完全固化。其中，w-oh固结材料的喷施浓度控制在4％～6％；每平方的喷洒量控制在2.5l左右，使固结材料渗透厚度为2cm～3cm，保证坡面表层砒砂岩的固结效果，同时保证植物可以破土生长。

3、35°以下坡面治理

1)在坡面和砒砂岩泻溜堆积体表面沿等高线开挖的水平浅坑，浅坑行距1m左右，浅坑内种植沙棘(或其他适生灌木)混播冰草、披碱草等，沙棘株距1m，行距1m，种植初期应定期浇水养护。

2)在坡脚种植沙柳、榆树、杨树、柠条等，形成不同类型的植被混交林。

(1)植被类型主要有：柠条混播沙柳、榆树，杨树混播沙棘。

(2)沙柳株距1.5m，行距3m。

(3)柠条株距1m，行距1m。

(4)榆树品字栽种，株距1.5m，行距1.5m。

(5)杨树株距3m，栽种1行，与坡面沙棘形成杨树混播沙棘混交林。

3)在坡面砒砂岩泻溜堆积体的表面喷施w-oh固结材料，对泻溜体表层砒砂岩进行固结。w-oh固结材料的喷施浓度控制在2％～4％，每平方的喷洒量控制在2.5l左右，固结材料渗透厚度控制在2cm～3cm，保证坡面表层砒砂岩的固结效果。

4)对于坡脚由滑落的砒砂岩风化颗粒形成的堆积体应采取w-oh固结材料措施或锚固后再种植沙棘或草木樨。

三、沟道综合治理：

沟道综合治理包括在沟道3内设立刚性坝以及柔性坝，刚性坝与柔性坝采用交叉的方式布设，在沟口处设立淤地坝。

刚性坝即刚性谷坊由砒砂岩改性材料制成，砒砂岩改性材料按照重量份计，包括7份砒砂岩，2份水玻璃以及1份水泥混合搅拌制成，根据沟道汇流面积以及百年一遇降雨强度，刚性坝高度2-3米，每隔20米设置一座，刚性坝截面为梯形，坡高比为1:1。

刚性坝选址原则为：一般选在沟道缓坡处，尽可能增加刚性坝的库容。

柔性坝设置在相邻的2个刚性坝之间，柔性坝为植物柔性坝，植物由红枣、草木樨、沙打旺、沙棘以及柠条混交组成，其中红枣行距间隔为1米，红枣中间种植柠条和沙棘，行距为0.5米，中间其他位置种植草木樨、沙打旺。

相比于植物柔性坝采用单一植物，洪水容易冲毁，且单一植物争同种养分，容易造成扎堆死亡，病虫害导致大量死亡的问题，本发明中这样设置柔性坝的好处为：通过乔木，灌木以及草的混交，使得垂直分层空间内光照的充分的综合利用；同时由于不同的植物根系深度不同，可以充分利用土壤养分，同时有利于土壤的保持，有利于团聚体的形成；另外，本发明中的植物柔性坝固土效果好，防止不同深度的土壤被冲走，从而防止洪水掏蚀破坏柔性坝，能够应付不同级别的洪水，最大程度上对洪水进行消能。

淤地坝建设位置遵循“口小肚大、两岸地质结构完整”的原则，坝址应避开弯道、断层、滑坡体、洞穴，且坝肩处不得有冲沟。淤地坝同样采用前述的砒砂岩改性材料制成，坝顶宽度不得小于2m，坝高10m以下时，坝顶宽度为2m～3m，坝高10m～20m时，坝顶宽度为3m～4m，有交通需要的坝顶宽度可以适当加宽。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。